JP2008103542A - Nonvolatile semiconductor storage device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に係わり、特にゲート電極の上部に金属半導体合金層を有する不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a nonvolatile semiconductor memory device having a metal semiconductor alloy layer on a gate electrode and a manufacturing method thereof.
フラッシュメモリ装置(不揮発性半導体記憶装置)は、そのメモリセルの形成領域においてメモリセルトランジスタのゲート電極として多結晶シリコンからなる浮遊ゲート電極および制御ゲート電極のスタック構造を採用し、浮遊ゲート電極に蓄積される電荷に応じて情報を蓄積している。この制御ゲート電極の上部には制御ゲート電極の抵抗値を低減させるために、低抵抗化金属層としてタングステンシリサイド(WSi)などのシリサイド層が形成されている。シリサイド層の上には、シリコン窒化(SiN)膜が形成されている。このシリコン窒化膜は、メモリセルトランジスタのゲート絶縁膜に水素が侵入することにより、メモリセルトランジスタの特性が変動することを防止する水素バリア膜として機能している(例えば、特許文献1参照。)
近年、例えばシリサイド層をさらに低抵抗化するために、コバルト(Co)等を用いることが考えられている。しかし、例えばコバルトはタングステンより低融点材料であることから、制御ゲート電極上にコバルトシリサイド(CoSi2)膜を形成した後に、シリコン窒化膜を形成すると、コバルトシリサイド膜が劣化する問題点があった。
In recent years, for example, in order to further reduce the resistance of a silicide layer, it has been considered to use cobalt (Co) or the like. However, for example, since cobalt is a lower melting point material than tungsten, if a silicon nitride film is formed after forming a cobalt silicide (CoSi 2 ) film on the control gate electrode, there is a problem that the cobalt silicide film deteriorates. .
本発明は、シリサイド等の金属半導体合金層の劣化を防止しつつメモリセルトランジスタ特性の安定化が図れる不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device that can stabilize the characteristics of a memory cell transistor while preventing deterioration of a metal semiconductor alloy layer such as silicide, and a manufacturing method thereof.
本発明の一態様は、半導体基板と、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極であって上部にそれぞれ金属半導体合金層が形成された複数のゲート電極と、隣り合う複数のゲート電極間の半導体基板を覆うと共に前記金属半導体合金層の上面および側壁面を露出させつつ該複数のゲート電極の側壁面を覆うように形成されたシリコン窒化膜からなるバリア膜と、複数のゲート電極間および前記複数のゲート電極の上に形成された層間絶縁膜とを備えた不揮発性半導体記憶装置を提供する。 One embodiment of the present invention is a semiconductor substrate, and a plurality of gate electrodes formed on the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, each having a metal semiconductor alloy layer formed thereon, and a plurality of adjacent gate electrodes. A barrier film made of a silicon nitride film formed to cover the semiconductor substrate between the gate electrodes and to cover the sidewall surfaces of the plurality of gate electrodes while exposing the upper surface and sidewall surfaces of the metal semiconductor alloy layer; and a plurality of gates Provided is a nonvolatile semiconductor memory device including an interlayer insulating film formed between electrodes and on the plurality of gate electrodes.
本発明の一態様は、半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜上に第1の半導体層を形成する工程と、第1の半導体層上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、第2の絶縁膜上に第2の半導体層を形成する工程と、第1および第2の半導体層、第2のゲート絶縁膜を複数に分断して分断領域を設ける工程と、第1および第2の半導体層、並びに、第1および第2のゲート絶縁膜を覆うようにシリコン窒化膜を形成する工程と、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜を形成する工程と、第2の半導体層の上面および上部側壁が露出するよう第1の層間絶縁膜およびシリコン窒化膜を除去する工程と、露出した第2の半導体層の上部に金属半導体合金層を形成する工程と、第1の層間絶縁膜および金属半導体合金層上に第2の層間絶縁膜を形成する工程とを備えた不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供する。 One embodiment of the present invention includes a step of forming a first gate insulating film over a semiconductor substrate, a step of forming a first semiconductor layer over the first insulating film, and a second step over the first semiconductor layer. Forming the gate insulating film, forming the second semiconductor layer on the second insulating film, and dividing the first and second semiconductor layers and the second gate insulating film into a plurality of parts A step of providing a region, a step of forming a silicon nitride film so as to cover the first and second semiconductor layers and the first and second gate insulating films, and a first step of forming a silicon oxide film on the silicon nitride film Forming a first interlayer insulating film; removing the first interlayer insulating film and the silicon nitride film so as to expose the upper surface and the upper sidewall of the second semiconductor layer; and exposing the upper portion of the exposed second semiconductor layer Forming a metal semiconductor alloy layer on the first interlayer insulating film and To provide a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device including the step of forming a second interlayer insulating film to the fine metal semiconductor alloy layer.
本発明の一態様は、半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、第1のゲート絶縁膜上に第1の半導体層を形成する工程と、第1の半導体層上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、第2のゲート絶縁膜上に第2の半導体層を形成する工程と、第1および第2の半導体層、第2のゲート絶縁膜を複数に分断して選択ゲートトランジスタのゲート電極およびメモリセルトランジスタのゲート電極を並設する工程と、第1および第2の半導体層、並びに、第1および第2のゲート絶縁膜を覆うようにTEOS膜からなる第1の層間絶縁膜を形成する工程と、隣り合う選択ゲート電極間の前記第1の層間絶縁膜を除去する工程と、第1の層間絶縁膜上、および選択ゲートトランジスタのゲート電極の側壁面に沿ってシリコン窒化膜からなるバリア膜として形成する工程と、バリア膜上にBPSG膜からなる第2の層間絶縁膜を形成する工程と、第2の半導体層の上面および上部側壁が露出するよう第1および2の層間絶縁膜ならびにシリコン窒化膜を除去する工程と、第2の半導体層の上部に金属半導体合金層を形成する工程と、第1および2の層間絶縁膜および金属半導体合金層上に第3の層間絶縁膜を形成する工程とを備えた不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供する。 One embodiment of the present invention includes a step of forming a first gate insulating film over a semiconductor substrate, a step of forming a first semiconductor layer over the first gate insulating film, and a step of forming a first gate insulating film over the first semiconductor layer. A step of forming a second gate insulating film, a step of forming a second semiconductor layer on the second gate insulating film, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a second gate insulating film. The gate electrode of the select gate transistor and the gate electrode of the memory cell transistor are arranged side by side, and the first and second semiconductor layers and the first and second gate insulating films are formed of a TEOS film so as to cover the first and second semiconductor layers. A step of forming one interlayer insulating film, a step of removing the first interlayer insulating film between adjacent select gate electrodes, and a sidewall surface of the gate electrode of the select gate transistor on the first interlayer insulating film. Along the silicon nitride film Forming a barrier film, forming a second interlayer insulating film made of a BPSG film on the barrier film, and first and second interlayer insulation so that the upper surface and upper side wall of the second semiconductor layer are exposed. Removing the film and the silicon nitride film; forming a metal semiconductor alloy layer on the second semiconductor layer; and a third interlayer insulating film on the first and second interlayer insulating films and the metal semiconductor alloy layer And a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
本発明によれば、シリサイド等の金属半導体合金層によるゲート電極の低抵抗化とメモリセルトランジスタ特性の安定化とを両立できる。 According to the present invention, it is possible to achieve both reduction in resistance of the gate electrode and stabilization of memory cell transistor characteristics by a metal semiconductor alloy layer such as silicide.
(第1の実施形態)
以下、本発明の不揮発性半導体記憶装置を、NAND型フラッシュメモリ装置に適用した第1の実施形態について図1ないし図13を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is applied to a NAND flash memory device will be described with reference to FIGS. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.
図1は、NAND型のフラッシュメモリ装置のメモリセル領域に構成されるメモリセルアレイの一部の等価回路を示しており、図2は、メモリセル領域の構造を模式的な平面図により示している。また、図3は、ビット線コンタクトCB周辺の平面図を模式的な平面図により示している。 FIG. 1 shows an equivalent circuit of a part of a memory cell array configured in a memory cell region of a NAND flash memory device, and FIG. 2 shows a schematic plan view of the structure of the memory cell region. . FIG. 3 is a schematic plan view showing a plan view around the bit line contact CB.
半導体装置としてのNAND型のフラッシュメモリ装置1は、図1に示すメモリセルアレイArが形成されたメモリセル領域MおよびメモリセルアレイArを駆動するための周辺回路が形成された周辺回路領域(図示せず)の両領域に区画されている。 A NAND flash memory device 1 as a semiconductor device includes a memory cell region M in which a memory cell array Ar shown in FIG. 1 and a peripheral circuit region (not shown) in which a peripheral circuit for driving the memory cell array Ar is formed. ).
図1に示すフラッシュメモリ装置1において、そのメモリセルアレイArは、2個の選択ゲートトランジスタTrsと、当該選択ゲートトランジスタTrs間に対して直列接続された複数個(例えば8個:2のn乗個(nは正数))のメモリセルトランジスタTrnとからなるNANDセルユニットSuが行列状に配設されることにより構成されている。 In the flash memory device 1 shown in FIG. 1, the memory cell array Ar includes two selection gate transistors Trs and a plurality (for example, 8: 2 to the nth power) connected in series between the selection gate transistors Trs. (N is a positive number)) NAND cell units Su composed of memory cell transistors Trn are arranged in a matrix.
1つのNANDセルユニットSuにおいて、2個の選択ゲートトランジスタTrsおよび複数個のメモリセルトランジスタTrnは、隣り合うもの同士でソース/ドレイン領域2a(図13参照)を共用して構成されている。
In one NAND cell unit Su, two select gate transistors Trs and a plurality of memory cell transistors Trn are configured such that adjacent ones share a source /
図1中X方向(ワード線WL方向、ゲート幅方向に相当)に配列されたメモリセルトランジスタTrnは、ワード線(制御ゲート線)WLにより電気的に接続されている。また、図1中X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrsは、選択ゲート線SLで接続されている。さらに、選択ゲートトランジスタTrsは、ビット線コンタクトCBを介して図1中X方向に直交交差するY方向(ゲート幅方向の交差方向、ゲート長方向、ビット線方向に相当)に延びるビット線BLに接続されている。尚、X方向とY方向とが直交した実施形態を示すが、交差していればどのような角度でも良い。 The memory cell transistors Trn arranged in the X direction (corresponding to the word line WL direction and the gate width direction) in FIG. 1 are electrically connected by a word line (control gate line) WL. Further, the selection gate transistors Trs arranged in the X direction in FIG. 1 are connected by a selection gate line SL. Further, the select gate transistor Trs is connected to the bit line BL extending in the Y direction (corresponding to the crossing direction in the gate width direction, the gate length direction, and the bit line direction) orthogonally intersecting the X direction in FIG. 1 via the bit line contact CB. It is connected. Although an embodiment in which the X direction and the Y direction are orthogonal to each other is shown, any angle may be used as long as they intersect.
複数のNANDセルユニットSuは、図2に示すように、STI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域Sbによって互いに分離されている。図3に示すように、この素子分離領域Sbは、Y方向に延びる素子形成領域(活性領域:アクティブエリア)Saを区画する。この素子形成領域Saは、メモリセルトランジスタTrnおよび選択ゲートトランジスタTrsのソース/ドレイン領域およびチャネル領域を含む領域を示している。メモリセルトランジスタTrnは、Y方向に延びる素子形成領域Saと、Y方向に所定間隔をもって形成されX方向に延びるワード線WLとの交差部に位置して形成されている。 As shown in FIG. 2, the plurality of NAND cell units Su are separated from each other by an element isolation region Sb having an STI (Shallow Trench Isolation) structure. As shown in FIG. 3, the element isolation region Sb defines an element formation region (active region: active area) Sa extending in the Y direction. The element formation region Sa indicates a region including the source / drain regions and the channel region of the memory cell transistor Trn and the select gate transistor Trs. The memory cell transistor Trn is formed at an intersection of an element formation region Sa extending in the Y direction and a word line WL formed at a predetermined interval in the Y direction and extending in the X direction.
<ビット線コンタクトCBの周辺構造について>
以下、ビット線コンタクトCBの周辺の構造について、図13を参照しながら説明する。図13はメモリセル領域Mの一部構造を模式的に示す図2および図3に示すA−A線に沿う縦断面図である。
<About the peripheral structure of the bit line contact CB>
Hereinafter, the structure around the bit line contact CB will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a longitudinal sectional view taken along line AA shown in FIGS. 2 and 3 schematically showing a partial structure of the memory cell region M. As shown in FIG.
フラッシュメモリ装置1のメモリセル領域Mにおいては、半導体基板としてのp型のシリコン基板2上にゲート電極を構成する浮遊ゲート電極および制御ゲート電極がスタックされた構造となっており、他のMOSトランジスタよりも高アスペクト比の構造となっている。また、本実施形態に係るフラッシュメモリ装置1のメモリセル領域Mのビット線コンタクトCBは、非セルフアラインコンタクト構造を採用している。
The memory cell region M of the flash memory device 1 has a structure in which a floating gate electrode and a control gate electrode constituting a gate electrode are stacked on a p-
図13に示すように、シリコン基板2上において、選択ゲートトランジスタを構成するゲート電極SGと、メモリセルトランジスタを構成するゲート電極MGがシリコン基板2上の複数のゲート電極形成領域GCに並設されている。
As shown in FIG. 13, on the
<メモリセルトランジスタのゲート電極MGの構造について>
ゲート電極MGは、シリコン基板2上に第1のゲート絶縁膜3を介して形成された浮遊ゲート電極(第1のゲート電極)4(FG)と、この第1のゲート電極4の上に形成されたゲート間絶縁膜5と、このゲート間絶縁膜5の上に形成された制御ゲート電極(第2のゲート電極)6とにより構成される。
<About the structure of the gate electrode MG of the memory cell transistor>
The gate electrode MG is formed on the floating gate electrode (first gate electrode) 4 (FG) formed on the
第1のゲート絶縁膜3は、例えばシリコン酸化膜により形成されている。浮遊ゲート電極4は、例えばリンや砒素などの不純物がドープ(導入)された多結晶シリコンにより形成されている。ゲート間絶縁膜5は、例えばONO(シリコン酸化膜(Oxide)-シリコン窒化膜(Nitride)-シリコン酸化膜(Oxide))膜により形成されている。
The first
制御ゲート電極6は、下層側の薄い多結晶シリコン膜7aと、この多結晶シリコン膜7aの上に厚く形成された多結晶シリコン膜7bと、この多結晶シリコン膜7bの上に形成された金属半導体合金層8とにより構成される。
The
多結晶シリコン膜7aおよび7bには、例えばリンや砒素などの不純物がドープ(導入)されている。金属半導体合金層(金属シリサイド層)8は、金属と多結晶シリコン膜7bを合金化処理して形成される層であり、金属としてコバルト(Co)が適用される。
The
<選択ゲートトランジスタのゲート電極SGの構造について>
ゲート電極SGは、メモリセルトランジスタを構成するゲート電極MGとほぼ同様の構造であり、その異なるところは、制御ゲート電極6および浮遊ゲート電極4間が貫通して構造的および電気的に導通接続されているところである。
<About the structure of the gate electrode SG of the selection gate transistor>
The gate electrode SG has substantially the same structure as that of the gate electrode MG constituting the memory cell transistor. The difference is that the
具体的には、選択ゲート電極SGは、ゲート電極MGと同様に、シリコン基板2上に第1のゲート絶縁膜3を介して、第1のゲート電極4、ゲート間絶縁膜5、多結晶シリコン膜7aおよび7b、金属半導体合金層8が順に、ゲート電極MGの対応する膜と同一膜厚で形成されているが、このうちゲート間絶縁膜5および多結晶シリコン膜7aに貫通孔11が設けられている。多結晶シリコン膜7bがこの貫通孔11を通じて第1のゲート電極4に対して構造的に接触するように形成されることによりゲート電極SGが構成されている。
Specifically, the selection gate electrode SG is formed on the
これら並設された複数のゲート電極MG−MG間、MG−SG間にはゲート電極分離領域GVが設けられている。このゲート電極分離領域GVにはバリア膜9および層間絶縁膜10が形成されている。バリア膜9は、それぞれのゲート電極Gの外側壁面に沿って形成されていると共に、シリコン基板2の表面に沿って形成されている。このバリア膜9は、例えばシリコン窒化(SiN)膜からなる。また、層間絶縁膜10はBPSG(boro phospho silicate glass)膜から構成されている
バリア膜9は、その上端部9aの高さが金属半導体合金層8の下面とほぼ同じ高さに形成されている。すなわち、バリア膜9は浮遊ゲート電極4の側壁、ゲート間絶縁膜5の側壁、制御ゲート電極の側壁、ゲート電極MG−MG間およびMG−SG間のシリコン基板2上全体を覆うよう形成されている。
A gate electrode isolation region GV is provided between the plurality of gate electrodes MG-MG arranged in parallel and between MG-SG. A
各ゲート電極SGおよびMGの直上には層間絶縁膜13が形成されている。この層間絶縁膜13は、例えばTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate:Tetra EthOxy Silane)によるシリコン酸化膜により構成される。
An interlayer insulating
各ゲート電極SGおよびMG間のシリコン基板2の表層には、拡散層としてソース/ドレイン領域2aが形成されている。ゲート電極SG−SG間の拡散層2a上にはコンタクトプラグ12が構成されている。このコンタクトプラグ12は、ポリプラグや金属プラグにより構成される。
A source /
本実施形態に係る構造によれば、バリア膜9が浮遊ゲート電極4の側壁、ゲート間絶縁膜5の側壁、制御ゲート電極の側壁、ゲート電極MG−MG間およびMG−SG間のシリコン基板2上全体を覆うよう形成されているため、水素がゲート絶縁膜に侵入することを阻止でき、メモリセルトランジスタTrnの特性変動を防止できる。
According to the structure according to the present embodiment, the
以下、上述した構造の製造方法について図4ないし図12をも参照しながら説明する。尚、本実施形態の特徴部分を中心に説明するが、本発明が、発明が解決しようとする課題欄に記載された課題を解決して目的を達成でき発明の効果の欄に記載された効果を奏すれば、後述説明する工程のいずれかは必要に応じて省いても良い。また、各機能膜の材料に代えて他材料を適用可能であれば変更しても良いし膜厚も適宜変更しても良い。 Hereinafter, the manufacturing method of the structure described above will be described with reference to FIGS. Although the description will focus on the features of the present embodiment, the present invention can achieve the object by solving the problems described in the problem column to be solved by the invention, and the effects described in the effect column of the invention If any of the above is performed, any of the steps described below may be omitted as necessary. Moreover, it may be changed as long as other materials are applicable instead of the material of each functional film, and the film thickness may be appropriately changed.
尚、説明の便宜上、前述説明した各膜や各層の構成要素(構造要素と称す)に対応した製造上の構成要素(製造要素と称す)については、構造要素に付した符号に100を加えた符号を付して製造要素の符号として記す。したがって、以下に示す製造要素は、当該製造要素に付された符号から100を減じた符号を付した製造要素が対応している。 For convenience of explanation, 100 is added to the reference numerals assigned to the structural elements for the manufacturing structural elements (referred to as structural elements) corresponding to the constituent elements (referred to as structural elements) of the respective films and layers described above. A reference numeral is attached and described as a manufacturing element code. Therefore, the manufacturing elements shown below correspond to the manufacturing elements with the reference numerals obtained by subtracting 100 from the reference numerals attached to the manufacturing elements.
本実施形態においては、ゲート電極MGおよびSGの形成後の製造工程に特徴を備えているため、図4に示す構造を形成するための工程については概略的に説明を行う。
<図4の構造の形成工程>
シリコン基板102上にシリコン酸化膜103を約10[nm]の膜厚で熱酸化法により形成する。次に、このシリコン酸化膜103の上に減圧CVD法により非晶質シリコン層(第1の半導体層)104を約120[nm]の膜厚で形成する。この非晶質シリコン層は、後に熱処理することにより多結晶シリコンに変質される。
Since the present embodiment is characterized by the manufacturing process after the formation of the gate electrodes MG and SG, the process for forming the structure shown in FIG. 4 will be schematically described.
<Formation Step of Structure of FIG. 4>
A
次に、非晶質シリコン層104、シリコン酸化膜103、シリコン基板102に対し、素子分離溝(図示せず)を複数形成し、当該素子分離溝内に素子分離絶縁膜(図示せず)を埋込むことにより非晶質シリコン層104を図3中X方向に分断する。これにより、素子形成領域Sa上にシリコン酸化膜103および非晶質シリコン層104を残留させる。次に、素子分離絶縁膜(図示せず)や非晶質シリコン層104上にONO膜105を減圧CVD法により形成する。次に、ONO膜105の上に減圧CVD法によりリン等の不純物がドープされた非晶質シリコン層107aを堆積する。次に、ゲート電極SGの形成領域において、非晶質シリコン層107aおよびONO膜105に貫通孔111を形成し、その後、減圧CVD法によりリン等の不純物がドープされた非晶質シリコン層107bを形成する。非晶質シリコン層107aおよび107bは、後の熱処理工程によって多結晶シリコンに変質する。
Next, a plurality of element isolation grooves (not shown) are formed in the
次に、非晶質シリコン層107aおよび107b上にフォトリソグラフィ技術によりマスクパターンを形成し、ゲート電極分離領域GVの各層107b、107a、105、104を除去する。次にイオンインプランテーション技術によりイオン注入し拡散層102aを形成する。次に、減圧CVD法によりHTO(High Temperature Oxide)膜(図示せず)を各層107b、107a、105、104を覆うように薄く形成する。次に、図5に示すように、各層107b、107a、105、104およびゲート電極MG−MG間およびMG−SG間のシリコン酸化膜103上を覆うようにシリコン窒化膜109を形成する。
Next, a mask pattern is formed on the
次に、図6に示すように、シリコン窒化膜109を覆うようにHDP(High Density Plasma)−CVD法により埋込膜110を形成する。この埋込膜110は、例えばTEOS、BPSG等により形成され層間絶縁膜として構成される。シリコン窒化膜109は、層間絶縁膜110(特にBPSG)からの不純物の侵入を防止する目的で形成されバリア膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 6, an embedded
次に、図7に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により埋込膜110を平坦化処理すると共に、RIE(Reactive Ion Etching)法によりドライエッチング処理し、非晶質シリコン層107bの上面および上部側壁を露出させる。
Next, as shown in FIG. 7, the buried
次に、図8に示すように、非晶質シリコン層107bの上面および側壁にスパッタ法によりコバルトを形成し、熱処理を行うことにより合金化処理してコバルトシリサイド膜108を金属半導体合金層として形成した後、合金化されなかった金属膜を除去する。
Next, as shown in FIG. 8, cobalt is formed on the upper surface and side walls of the
次に、図9に示すように、金属シリサイド膜108上および層間絶縁膜110上にシリコン酸化膜113を堆積する。シリコン酸化膜113は、例えばDual FrequencyプラズマCVD法により形成される膜である。
Next, as shown in FIG. 9, a
次に、図10に示すように、シリコン酸化膜113上にレジストRを塗布してパターンニングし、ホールH1を形成する。図12は、このときのホールH1の形成領域を平面図で示している。このホールH1は、例えば楕円状に形成されており、ビット線コンタクトCBの形成領域上に対して形成されるものである。
Next, as shown in FIG. 10, a resist R is applied and patterned on the
次に、図11に示すように、パターンニングされたレジストRをマスクとしてシリコン酸化膜113、シリコン酸化膜110、シリコン窒化膜109、シリコン酸化膜103をRIE法により除去してホールHを形成する。このときのエッチング条件は、シリコン酸化膜110および113間で選択比の低い条件である。次に、ホールH内にコンタクトプラグ12を埋込み形成する。
Next, as shown in FIG. 11, using the patterned resist R as a mask, the
本実施形態に係る製造方法によれば、金属シリサイド膜108の形成前にシリコン窒化膜109を形成するので、シリコン窒化膜109形成時の熱の影響により金属シリサイド膜108が劣化することを防止できると共に、シリコン窒化膜109が非晶質(多結晶)シリコン層107a、107bの側壁およびゲート電極MG−MG間およびMG−SG間のシリコン酸化膜103上を覆うので、メモリセルトランジスタTrnのゲート絶縁膜に水素が侵入することによるメモリセルトランジスタの特性が変動することを防止できる。さらに、非晶質シリコン層107bの上面および側壁にコバルトを形成し、上面および側面の双方から合金化処理を行い、金属シリサイド膜108を形成するので、金属シリサイド膜108が均質に形成できる。
According to the manufacturing method according to the present embodiment, since the
(第2の実施形態)
図14ないし図20は、本発明の第2の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、ゲート絶縁膜に侵入する水素の発生の主要因がBPSG膜にあることから、バリア膜9をBPSG膜が埋め込まれる選択ゲートトランジスタのゲート電極SG−SG間のみに設け、ゲート電極SGとメモリセルトランジスタのゲート電極MGとの間、並びにゲート電極MG−MG間には水素を含有しないBPSG膜以外の層間絶縁膜を埋め込み、バリア膜9を設けないところにある。また、シリコン窒化膜109とシリコン酸化膜110の形成工程の順序を入れ替えているところにある。前述実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明を行う。
(Second Embodiment)
FIGS. 14 to 20 show a second embodiment of the present invention. The difference from the previous embodiment is that the main factor of generation of hydrogen entering the gate insulating film is the BPSG film. 9 is provided only between the gate electrodes SG-SG of the selection gate transistor in which the BPSG film is embedded, and BPSG does not contain hydrogen between the gate electrode SG and the gate electrode MG of the memory cell transistor and between the gate electrodes MG-MG. An interlayer insulating film other than the film is buried and the
<構造について>
図14に示すように、前述実施形態に比較して、ゲート電極SGおよびゲート電極MG間にはバリア膜9が形成されておらず、隣り合うゲート電極MG−MG間にもバリア膜9が形成されていない。本実施形態においては、ゲート電極SGとゲート電極MGとの間およびゲート電極MG−MG間においては、水素を含有しない非BPSG膜からなる層間絶縁膜10のみが形成されている。本実施形態においては、層間絶縁膜10はTEOS材によるシリコン酸化膜で形成されている。
<About structure>
As shown in FIG. 14, the
シリコン窒化膜からなるバリア膜9の比誘電率はシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜10の比誘電率よりも高い。このため、選択ゲート電極SGとゲート電極MGとの間、並びに、ゲート電極MG−MG間にバリア膜9が形成されていなければ、比誘電率を低く保つことができ、隣り合うメモリセルトランジスタの浮遊ゲート電極FGの電気的結合を抑制できる。
The relative dielectric constant of the
ビット線コンタクトCBの外周囲で且つシリコン基板2とのコンタクト領域付近には、バリア膜9が形成されていると共に、当該バリア膜9の内側にBPSGからなる層間絶縁膜15が埋込まれている。
A
以下、製造方法について図15ないし図20を参照しながら説明する。
図4に示す構造を形成した後、図15に示すように、HDP−CVD法によりTEOSによる埋込膜110を形成し、RIE法により全面エッチバックすることにより非晶質シリコン層107bの上面を露出させると共に、ゲート電極SG−SG間のシリコン酸化膜110をリソグラフィおよびウェットエッチング処理により除去する。このとき、図示しないが、前述した素子分離絶縁膜(図示せず)上にウェットエッチング処理に耐性を備えたHTO膜が形成されていれば素子分離絶縁膜の信頼性が保たれる。
Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to FIGS.
After forming the structure shown in FIG. 4, as shown in FIG. 15, a buried
次に、図16に示すように、シリコン酸化膜110の上面、非晶質シリコン層107bの上面および埋込膜110が除去されたゲート電極SG−SG間のシリコン基板2上にシリコン窒化膜109を形成する。次に、図17に示すように、BPSG115を形成する。このBPSG115は、例えばTEOS材よりも埋込性の良い材料である。したがって、ビット線コンタクトCBの形成領域の幅が狭かったとしても埋込性良く層間絶縁膜15を構成できる。
Next, as shown in FIG. 16, the
次に、図18に示すように、CMP法により平坦化処理し、RIE法により全面エッチバックすることにより非晶質シリコン層107bの上面および上部側壁を露出させる。
次に、図19に示すように、非晶質シリコン層107bの上面および露出した上部側壁にコバルトを形成し合金化処理することで非晶質シリコン層107bの上部に金属シリサイド膜108を金属半導体合金層として形成する。次に、図20に示すように、シリコン酸化膜113を形成し、CMP法により平坦化処理する。次に、図14に示すように、RIE法によりシリコン酸化膜113、BPSG115およびシリコン窒化膜109をエッチング処理してシリコン基板2に至るまでホールHを形成すると共に、ホールH内にコンタクトプラグ12を埋込み形成する。本実施形態に係る製造方法によれば、前述実施形態とほぼ同様の作用効果を奏する。
Next, as shown in FIG. 18, planarization is performed by CMP, and the entire surface is etched back by RIE to expose the upper surface and upper sidewall of the
Next, as shown in FIG. 19, cobalt is formed on the upper surface of the
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
本発明は、フラッシュメモリ装置1に限らず、各種不揮発性半導体記憶装置等の半導体装置に適用可能である。また、上記実施形態はp型のシリコン基板2、102に適用したが、本発明はその他の材質からなる半導体基板に適用しても良い。また、上記実施形態は第1のゲート絶縁膜3をシリコン酸化膜103で形成したが、本発明は他の絶縁材料で形成しても良い。また、上記実施形態は浮遊ゲート電極(第1のゲート電極)4を非晶質シリコン層104で形成したが、本発明は他の半導体材料で形成しても良い。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
The present invention is not limited to the flash memory device 1 and can be applied to semiconductor devices such as various nonvolatile semiconductor memory devices. Moreover, although the said embodiment was applied to the p-
また、上記実施形態はゲート間絶縁膜5をONO膜によって形成したが、本発明はNONON(シリコン酸化膜(Oxide)-シリコン窒化膜(Nitride)-シリコン酸化膜(Oxide)-シリコン窒化膜(Nitride)-シリコン酸化膜(Oxide))等の酸化膜層および窒化膜層の積層膜構造や、その他の高誘電体材料により構成される膜を適用しても良い。また、上記実施形態は制御ゲート電極6の基層を多結晶シリコン膜7(非晶質シリコン層107a、107b)で形成したが、本発明は他の半導体材料で形成しても良い。また、本発明において、非晶質シリコン層107aは必要に応じて形成すれば良い。また、本発明は選択ゲートトランジスタのゲート電極SGやメモリセルトランジスタのゲート電極MGに限らず、その他のトランジスタのゲート電極に適用可能である。
In the above embodiment, the inter-gate
また、上記実施形態では金属半導体合金層8としてコバルトシリサイド膜108を用いたが、本発明はニッケルシリサイド(NiSi)、プラチナシリサイド(PtSi)、チタンシリサイド(TiSi)、タンタルシリサイド(TaSi)を金属半導体合金層として用いても良い。
In the above embodiment, the
図面中、1はフラッシュメモリ装置(不揮発性半導体記憶装置)、2、102はシリコン基板(半導体基板)、3はゲート絶縁膜、103はシリコン酸化膜(第1のゲート絶縁膜)、4、FGは浮遊ゲート電極(第1のゲート電極)、104は非晶質シリコン層(第1の半導体層)、5はゲート間絶縁膜、105はONO膜(第2のゲート絶縁膜)、6は制御ゲート電極(第2のゲート電極)、107a、107bは非晶質シリコン層(第2の半導体層)、SGは選択ゲート電極(ゲート電極)、MGはメモリセルトランジスタのゲート電極、8は金属半導体合金層、108はコバルトシリサイド膜、9はバリア膜、109はシリコン窒化膜、10、110は層間絶縁膜、12はコンタクトプラグ、15は層間絶縁膜、115はBPSGを示す。
In the drawings, 1 is a flash memory device (nonvolatile semiconductor memory device), 2 and 102 are silicon substrates (semiconductor substrates), 3 is a gate insulating film, 103 is a silicon oxide film (first gate insulating film), and 4, FG Is a floating gate electrode (first gate electrode), 104 is an amorphous silicon layer (first semiconductor layer), 5 is an inter-gate insulating film, 105 is an ONO film (second gate insulating film), and 6 is a control. Gate electrodes (second gate electrodes) 107a and 107b are amorphous silicon layers (second semiconductor layers), SG is a selection gate electrode (gate electrode), MG is a gate electrode of a memory cell transistor, and 8 is a metal semiconductor.
Claims (5)
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極であって上部にそれぞれ金属半導体合金層が形成された複数のゲート電極と、
隣り合う複数のゲート電極間の半導体基板を覆うと共に前記金属半導体合金層の上面および側壁面を露出させつつ該複数のゲート電極の側壁面を覆うように形成されたシリコン窒化膜からなるバリア膜と、
前記複数のゲート電極間および前記複数のゲート電極の上に形成された層間絶縁膜とを備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of gate electrodes formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film, each having a metal semiconductor alloy layer formed thereon;
A barrier film made of a silicon nitride film that covers the semiconductor substrate between the plurality of adjacent gate electrodes and covers the side wall surfaces of the plurality of gate electrodes while exposing the upper surface and the side wall surfaces of the metal semiconductor alloy layer; ,
A nonvolatile semiconductor memory device comprising: an interlayer insulating film formed between the plurality of gate electrodes and on the plurality of gate electrodes.
前記第1の絶縁膜上に第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜上に第2の半導体層を形成する工程と、
前記第1および第2の半導体層、第2のゲート絶縁膜を複数に分断して分断領域を設ける工程と、
前記第1および第2の半導体層、並びに、第1および第2のゲート絶縁膜を覆うようにシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の半導体層の上面および上部側壁が露出するよう前記第1の層間絶縁膜および前記シリコン窒化膜を除去する工程と、
前記露出した第2の半導体層の上部に金属半導体合金層を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜および前記金属半導体合金層上に第2の層間絶縁膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Forming a first gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first semiconductor layer on the first insulating film;
Forming a second gate insulating film on the first semiconductor layer;
Forming a second semiconductor layer on the second insulating film;
A step of dividing the first and second semiconductor layers and the second gate insulating film into a plurality of portions to provide a divided region;
Forming a silicon nitride film so as to cover the first and second semiconductor layers and the first and second gate insulating films;
Forming a first interlayer insulating film made of a silicon oxide film on the silicon nitride film;
Removing the first interlayer insulating film and the silicon nitride film so that an upper surface and an upper sidewall of the second semiconductor layer are exposed;
Forming a metal semiconductor alloy layer on the exposed second semiconductor layer;
And a step of forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and the metal semiconductor alloy layer.
前記第1のゲート絶縁膜上に第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第2のゲート絶縁膜上に第2の半導体層を形成する工程と、
前記第1および第2の半導体層、第2のゲート絶縁膜を複数に分断して選択ゲートトランジスタのゲート電極およびメモリセルトランジスタのゲート電極を並設する工程と、
前記第1および第2の半導体層、並びに、第1および第2のゲート絶縁膜を覆うようにTEOS膜からなる第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
隣り合う選択ゲート電極間の前記第1の層間絶縁膜を除去する工程と、
前記第1の層間絶縁膜上、および前記選択ゲートトランジスタのゲート電極の側壁面に沿ってシリコン窒化膜からなるバリア膜として形成する工程と、
前記バリア膜上にBPSG膜からなる第2の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の半導体層の上面および上部側壁が露出するよう前記第1および2の層間絶縁膜ならびに前記シリコン窒化膜を除去する工程と、
前記第2の半導体層の上部に金属半導体合金層を形成する工程と、
前記第1および2の層間絶縁膜および前記金属半導体合金層上に第3の層間絶縁膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Forming a first gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first semiconductor layer on the first gate insulating film;
Forming a second gate insulating film on the first semiconductor layer;
Forming a second semiconductor layer on the second gate insulating film;
A step of dividing the first and second semiconductor layers and the second gate insulating film into a plurality of parts and arranging a gate electrode of a select gate transistor and a gate electrode of a memory cell transistor in parallel;
Forming a first interlayer insulating film made of a TEOS film so as to cover the first and second semiconductor layers and the first and second gate insulating films;
Removing the first interlayer insulating film between adjacent select gate electrodes;
Forming a barrier film made of a silicon nitride film on the first interlayer insulating film and along a side wall surface of the gate electrode of the select gate transistor;
Forming a second interlayer insulating film made of a BPSG film on the barrier film;
Removing the first and second interlayer insulating films and the silicon nitride film so as to expose an upper surface and an upper sidewall of the second semiconductor layer;
Forming a metal semiconductor alloy layer on top of the second semiconductor layer;
And a step of forming a third interlayer insulating film on the first and second interlayer insulating films and the metal semiconductor alloy layer.
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- 2006-10-19 JP JP2006285088A patent/JP2008103542A/en active Pending
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